Юз колесных пар на электровозах и электропоездах с электрическим торможением

Сила сцепления между колесом и рельсом по своей природе одинакова для режимов тяги и торможения. Однако существует различие лишь в использовании этой силы, на которую, кроме состояния головок рельсов и механической части локомотива, влияют также схемы включения тяговых двигателей и системы питания их обмоток возбуждения, эффективность противобоксовоч-ной и противоюзной защит. В зависимости от этих факторов процессы боксования н юза на локомотивах протекают по-разному. Под юзом понимают режимы избыточного скольжения, когда колесные пары или одно колесо вращаются со скоростью, отличающейся от посту-

нагельной скорости локомо* тива на величину более 2-

2,5 %. Это происходит в тот период, когда сила сцепления между колесом II рельсом ниже, чем тормозная сила. Интенсивность протекания процесса юза зависит от разности сил - тормозной и сцепления. Разность между тормозной силой и силой сцепления с увеличением скорости скольжения колесных пар вначале возрастает, а затем уменьшается и при определенной скорости наступает равновесие этих сил. На рис. 29 показан процесс изменения тормозных сил и сцепления при юзе колесной пары.

При наступлении равенства сил /^Г С1. и /•’_тор скольжение дальше не развивается и процесс стабилизируется. На рис. 29 это происходит в точке А. Учитывая, что юз развивается, как правило, быстро, подача песка может быть эффективной только в первые 1-2 с от начала скольжения или же до начала скольжения. Поэтому песок лучше подавать перед началом торможения. Уменьшение скорости вращения примерно до 35-40 км/ч происходит довольно быстро, далее процесс замедляется и плавно переходит в устойчивый юз.

Основным фактором, усугубляющим развитие юза на электровозе ВЛ10 при рекуперативном торможении, является неудовлетворительное выравнивание нагрузки колесных пар на рельсы противоразгрузочным устройством (ПРУ). И другой фактор - это «мягкие» тормозные характеристики, не способствующие автоматическому уменьшению тормозной силы с падением скорости при кратковременном нарушении сцепления. Юз может возникнуть и при работе прямодействующего тормоза, которым часто используется как перед сборкой схемы рекуперации, так и в момент разборки. В этом случае устройство ПРУ отключается и распределение нагрузок ничем не выравнивается. С помощью анализа установлено, что в наиболее неблагоприятных условиях работает вторая секция электровоза. В режиме рекуперации она зажата между первой секцией и составом, поэтому большие статические и динамические продольные силы в отдельных случаях разгружают ее колесные пары. Наиболее склонна к юзу восьмая колесная пара по ходу электровоза. Зачастую бывает и так, что машинист обнаружил через 5-10 с юз по лампочке реле боксования, сбросил рукоятку контроллера, но восьмая колесная пара не только не восстанавливает скорость, но переходит в длительное скольжение до 60 с. Заклинивание колесной пары происходит из-за того, что при разборе схемы рекуперации автоматически срабатывают пневматические тормоза и тормозная сила оказалась больше силы сцепления. Наиболее часто возникает юз на последовательно-параллельном соединении и скорости 50-55 км/ч при токах 480-500 А. В этих условиях применение песка уменьшает число юзов в 3-3,5 раза. Для уменьшения склонности электровоза к юзу необходимо улучшать распределение нагрузки колесных пар на рельсы в рекуперативном и тяговом режимах, соединять пневматические тормоза с цилиндрами устройства ПРУ, чтобы при применении прямодействующего тормоза происходило выравнивание давления колесных пар на рельсы.

На электропоездах с электрическим торможением прн грязных рельсах и неблагоприятных метеорологических условиях, способствующих сильному боксованию и юзу, как правило, рекуперативное торможение не применяют. Боксование поезда причиняет большие неприятности локомотивным бригадам как при тяге, так и при торможении.

Разберем подробнее опасность боксования (юза) электропоезда при электрическом торможении.

При напряжении в контактной сети 3000 В и выходе на рекуперацию со скорости 70-75 км/ч при уменьшенной уставке РТ боксование может и не возникнуть, хотя полной гарантии нет. При нахождении рукоятки контроллера в положениях ЗТ и 4Т на промасленных рельсах возможность боксования увеличивается в несколько раз. Боксование начинается с того, что колесо постепенно замедляет вращение, затем останавливается и начинает вращаться в обратную сторону. Во всех случаях боксования, когда не срабатывает РБ, срывается рекуперация. Боксование иногда может проходить в начальньіі'і период с тяговым током, так как одна пли две колесные пары начинают вращение в обратную сторону, т. е. один или два тяговых двигателя, работающих генераторами, переходят в тяговый режим. Прохождение рекуперации с тяговым током приводит к срабатыванию РІП и переводу системы на реостатное торможение. При этом, как известно, защита против боксования нс срабатывает, следовательно, ее должен прекращать сам машинист переходом на элсктропневматическое торможение (ЭПТ). На это теряется время для остановки поезда. Машинист, чувствуя нехватку времени для остановки поезда, дает полное торможение ЭПТ, что опять может вызвать юз. Это приводит к срабатыванию в прицепных вагонах датчиков противоюза, затем реле юза и реле давления и сбрасывающий клапан КБІО моментально опорожнит тормозные цилиндры, и тормоза этих вагонов отпустят. Большую помощь в этих случаях оказало бы разумное применение песка.

Для того чтобы научиться правильно осуществлять электрическое торможение, необходимо понять важность трех изменяющихся величин: скорости поезда, возбуждения, тормозного тока.

Одновременные наблюдения за изменением величин в процессе торможения являются законом для локомотивной бригады.

При рекуперативном торможении скорость поезда уменьшается. Для того чтобы поддерживать постоянный тормозной ток и производить отдачу электроэнергии в контактную сеть при постоянном замедлении, нужно увеличивать возбуждение. По мере снижения скорости наступает момент, когда увеличение возбуждения двигателей нецелесообразно, так как мощность возбудителя не позволяет далее оставлять систему на независимом возбуждении. Поэтому тяговые двигатели при скорости 50-55 км/ч переключают на реостатное торможение с самовозбуждением. В этой связи вернемся еще раз к основному реле рекуперации РРБ. Допустим, что на одном моторном вагоне завышена уставка РРБ на 50- 100 Л, следовательно, он будет осуществлять выход на рекуперацию раньше других и с меньшим якорным током. Если начальная скорость была около 60 км/ч, то якорный ток будет 80-90 Л, т. е. заниженным. Вагон рекуперирует, остальные пока в режиме реостатного торможения, но скорость поезда падает быстрее, чем успевает увеличиться возбуждение. Рекуперация на данном вагоне так и проходит на заниженном токе, КВМ быстрее доходит до 18-й позиции и происходит переход на самовозбуждение, переключаются ЛЬ( и Т, начинается вращение реостатного контроллера. Но так как ток еще мал (уставка РУТ 300-320 А), реостатный контроллер проскакивает 2-3 позиции, после чего происходит резкий бросок тока на 350-400 А, следствием чего являются сильные динамические удары в поезде.

Для плавности перехода торможения с независимым возбуждением на самовозбуждение стараются подогнать РУТ и РТ на одну уставку, а именно на 300-320 А. Снижение разницы тормозных токов всех четырех вагонов существенно улучшает процесс рекуперации, но в этом случае необходимо помнить и о других факторах, влияющих на синхронную работу моторных вагонов (характеристики тяговых двигателей, прокат бандажей колесных пар и их диаметры, работа контроллера возбуждения и реостатного контроллера, одинаковая населенность вагонов). Без учета этих факторов, подбора и регулировки перечисленных выше аппаратов переход на чисто синхронную работу РУТ и РТ, очевидно, должного эффекта не даст, так как каждый моторный вагон имеет свои характеристики. Пока моторные вагоны не подведены к общей характеристике для синхронной работы, автономная их работа более удовлетворительно сказывается на процессе электрического торможения. К а электропоезде ЭР22 каждый вагон имеет авторежим, и с ним связаны пусковые токи в тяге, тормозные токи в торможении с самовозбуждением, максимальное давление в тормозных цилиндрах, т. е. все контролирует авторежим в зависимости от загрузки вагона, а вагоны загружены почти всегда по-разному. Следовательно, о какой синхронности может идти речь? Следует, однако, отметить, что электрическая часть авторежимного устройства электропоездов ЭР22М, ЭР22 пока не обеспечивает требуемой плавности изменения уставок реле ускорения и торможения в зависимости от давления на оси.

Правильнее всего можно разрешить этот вопрос, если производить регулировку аппаратов реле РТ и РУТ непосредственно на электропоезде.

Рис. ЗО. Схема протекания токов рекуперации /_Р и моторного /_м на электроноезде:

ОВ - хонтактор веіпилятора В; І - IV - тяговые двигатели; КЗ -контакти;) короткого замыкания; Сн2, СчЗ - счетчики: Л_: амперметр

Аппарат РТ регулируют на загруженном вагоне, так как авторежим не влияет на его уставку, а аппарат РУТ правильнее регулировать в режиме тяги на порожних вагонах.

В практике наблюдается иногда такое явление, когда некоторые машинисты для затягивания рекуперации стараются снизить тормозной ток, задерживая рукоятку контроллера машиниста в положении 1Т, контролируя ток первого вагона по амперметру, но не учитывают, что остальные три моторных вагона остаются без контроля, а там ток может сменить направление, т. е. начаться тяговый режим.

Возникновение тягового тока может быть и по причине провалов возбуждения от плохого контакта в переключателе НК (лед, грязь и др.). Это приводит к тому, что с уменьшением скорости поезда возбуждение вместо увеличения фиксируется на какой-то величине. На рис. 30 дана упрощенная схема, где сплошной линией показан ток рекуперации /_р, штриховой - тяговый ток /_м.

Если напряжение якорей ІІ» больше напряжения контактной сети ІІ_С, нормальный тормозной ток У_р идет от тяговых двигателей к токоприемнику; если и„<и_с, тяговые двигатели переходят в моторный режим.

В заключение необходимо отметить, что возможность применения рекуперации во многом зависитчот расписания и графика движения поездов. Если при составлении режима ведения поезда без рекуперации основным принцином является максимальное использование «выбега», то при рекуперативном торможении такой режим является невыгодным. Вероятность применения рекуперации зависит от скорости начала торможения. Следовательно, фактор дополнительного времени хода по перегонам различной длины во многих случаях играет отрицательную роль. Особенно большую отдачу может дать рекуперативное торможение на скоростном участке при увеличенной зонности движения и большом числе спусков и подъемов.

В Московском энергетическом институте (МЭИ) и МИИТе разработана замкнутая система автоматического управления электрическим торможением (САУТ). Этими системами оборудовано несколько поездов ЭР22, ЭР22М, ЭР22В. Остальные будут оборудоваться при капитальном ремонте.

Электропоезд ЭР22М отличается от электропоезда ЭР22 применением в силовой схеме статического возбудителя и плавным изменением тока при переходных режимах.

В связи с более высокой характеристикой двигателей на моторных вагонах поезда ЭР22М пусковой ток должен быть на 6-7 % больше, чем на поезде ЭР22, чтобы удельный расход электроэнергии на измеритель был у сравниваемых поездов одинаковым. На поезде ЭР22М почти не бывает случаев срабатывания реле максимального напряжения моторных вагонов и замещения рекуперативного торможения реостатным из-за резкого повышения напряжения на токоприемниках в процессе рекуперации. Объясняется это тем, что на отдельных вагонах неодновременное включение рекуперации автоматически не допускается. Этим предотвращается срыв рекуперации на тех вагонах, па которых она могла начаться несколько раньше других.